L'armée que le Maréchal de Mac-Mahon format au camp de Châlons était constituée par le Ier corps (général Ducrot), le Ve corps (général de Failly) et le VIIe corps (général Félix Douay). Ces troupes avaient formé auparavant l'armée d'Alsace déjà sous son commandement. Après la retraite qui avait suivit les défaites d'Alsace, ce qui restait de ces troupes avaient été réunies au camp de Châlons pour y être reconstituées. A cette armée fut ajouté le XIIe corps (général Lebrun), premier corps constitué spécialement pour les besoins de la guerre.

Le maréchal de Mac-Mahon, ainsi que Napoléon III qui accompagnait l'armée, était d'avis de rejoindre Paris et de se joindre à son armée pour la défense de la capitale. Cependant, l'impératrice Eugénie, régente de l'empire en l'absence de l'empereur, et le ministre de la guerre, le général Cousin-Montauban, comte de Palikao, n'étaient pas de cet avis et ordonnèrent à Mac-Mahon de prendre la direction du Nord pour aller prêter main forte à l'armée du Rhin du maréchal Bazaine. Cette armée, la principale force de l'empire avec ces 170 000 hommes, s'était en effet retranchée sous le camp fortifié de Metz après avoir soutenu trois grandes batailles (Borny le 14 août, Rezonville le 16 août et Saint-Privat le 18 août).

Le Maréchal von Moltke, ayant appris qu'une armée française se dirigeait en direction du nord, ordonna à la IIIe armée du prince royal de Prusse et à la IVe armée (armée de la Meuse) du prince royal de Saxe d'arrêter leur marche vers Paris et d'obliquer vers le Nord pour poursuivre l'armée française. Après dix jours de marches et de contres marches, les Français prirent leurs positions autour de la ville de Sedan, ville située au fond d'une cuvette traversée par la Meuse, à quelques kilomètres de la frontière belge.
Les différents corps (120 000 hommes) furent positionnés de la façon suivante. Le Ier corps à l'est, entre Givonne et La Moncelle; le XIIe au sud-est, autour de Bazeilles et Balan; le VIIe au nord, autour du plateau de Floing et du calvaire d'Illy. Le Ve corps, fortement éprouvé lors de la bataille de Beaumont (le 30 août) était stationné dans la ville. Les premiers combats eurent lieu le 31 août et 1 septembre à Bazeilles, situé sur la route Montmédy-Sedan, au sud-est de Sedan. Ce fut une division du XIIe corps qui eut à soutenir le choc contre les bavarois de la IIIe armée. Il s'agissait de la division d'infanterie de marine du général de Vassoigne. Un des soldats de la division était le sous-lieutenant Galliéni, futur général et gouverneur militaire de Paris pendant la première partie de la première guerre mondiale. Après des pertes sévères, le village put rester aux mains des français.

Vers 6 heures du matin, Mac-Mahon fût blessé et passa le commandement au général Ducrot. Dans la matinée, celui-ci comprenant la possibilité d'un encerclement, avait donné l'ordre de se regrouper au nord et de préparer la retraite vers l'ouest en direction de Mézière. L'ordre fut donné d'abandonner Bazeilles.
Vers 10 heures, il y eut un nouveau changement du commandement. Le général de Wimpffen, qui venait d'arriver d'Afrique le jour précédent pour prendre le commandement du Ve corps, montra une lettre du ministre de la guerre indiquant qu'il devait prendre le commandement de l'armée en cas d'empêchement du maréchal de Mac-Mahon. Pour la deuxième fois en quelques heures, le commandement en chef changea de main. Les ordres donnés par Ducrot furent annuler, et un nouveau plan élaboré. Cette fois-ci, la retraite devait avoir lieu vers l'est. Ordre fut donné de reprendre Bazeilles.

Pendant la bataille il fut question que l'armée française se jette en Belgique pour échapper à l'encerclement. Ce projet, envisagé pendant un conseil de guerre qui eut lieu avant la bataille, ne fut pas appliqué. Un général présent avait en effet dissuadé le commandant en chef de l'armée de Châlons, le maréchal de Mac-Mahon, et aussi l'empereur Napoléon III du danger supplémentaire que représentait l'entassement de troupes belges à la frontière. Le général dit : "... franchir la frontière belge serrait nous mettre à dos 100 000 hommes de plus." Finalement, en fin d'après-midi, toutes les troupes françaises furent encerclées. La bataille était perdue. Napoléon, contre l'avis de certains généraux, décida d'arrêter les combats et de faire hisser le drapeau blanc au sommet de la citadelle.

Après la bataille de Sedan, de nombreux soldats français passèrent la frontière et furent désarmés. Un certain nombre de blessés (aussi des soldats allemands) furent soigné en Belgique et certain y décédèrent.
Dans les soldats prestigieux qui furent soigné en Belgique, on peut citer le général Marguerite qui commandait la 1er division de la cavalerie de réserve lors de la bataille de Sedan (constituée par les régiments de chasseur d'Afrique). Il fut gravement blessé juste avant la charge épique et tragique de sa division sur le plateau de Floing et du calvaire d'Illy. Une balle lui traversa les deux joues et lui arracha une partie de la langue. On l'amena en Belgique où il fut soigné durant une semaine au château de Beauraing. Mais malgré les soins attentionnés, il mourut d'infection, fléau difficilement maîtrisable à l'époque.
Dans certaines villes belges, on retrouve encore des monuments à la mémoire de ces glorieux soldats de 1870, par exemple au cimetière d'Evère, près de Bruxelles et au cimetière de Robermont.